Luận văn: Nghiên cứu công nghệ chế tạo trục khuỷu xe máy trên dây chuyền tự động

Tài liệu chi tiết về công nghệ chế tạo trục khuỷu xe máy trên dây chuyền tự động. Phân tích các thông số, quy trình sản xuất và mô phỏng số.

• Tác giả: Phí Thanh Tuân
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Nghệ
• Chuyên ngành: Gia công áp lực
• Đề tài: Công nghệ chế tạo trục khuỷu xe máy trên dây chuyền tự động
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp cao học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ chế tạo trục khuỷu xe máy

Công nghệ chế tạo trục khuỷu xe máy trên dây chuyền tự động là một quy trình hiện đại kết hợp giữa gia công cơ khí và công nghệ dập tạo hình. Trục khuỷu là linh kiện quan trọng trong động cơ xe máy, chịu tác động lực lớn và yêu cầu độ chính xác cao. Quy trình sản xuất trên dây chuyền tự động giúp tăng hiệu suất, giảm sai số và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Công nghệ này áp dụng mô phỏng số bằng phần mềm Deform để tối ưu hóa quá trình dập, kết hợp với máy tiện CNC để hoàn thiện chi tiết. Sự tích hợp của các công nghệ này tạo nên một hệ thống sản xuất hiệu quả, đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp ô tô và xe máy hiện đại.

1.1. Định nghĩa và vai trò của trục khuỷu

Trục khuỷu là bộ phận truyền động chính, chuyển đổi chuyển động tròn từ piston thành chuyển động tròn để truyền động cho bánh xe. Nó phải chịu được áp lực cao và tốc độ quay nhanh. Chất lượng trục khuỷu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất động cơ. Do đó, công nghệ chế tạo trục khuỷu xe máy phải đảm bảo độ bền, độ chính xác kích thước và tính cân bằng động.

1.2. Lợi thế của dây chuyền tự động

Dây chuyền tự động giảm chi phí nhân công, tăng năng suất lên 3-5 lần so với gia công thủ công. Hệ thống tự động giảm thiểu sai sót, đảm bảo tính nhất quán của sản phẩm. Máy tiện CNC HI-ECO 10 và các thiết bị hiện đại cho phép lập trình chính xác, sản xuất với công差 ±0.01mm.

II. Quá trình dập tạo hình bán trục khuỷu

Quá trình dập tạo hình là bước quan trọng trong sản xuất trục khuỷu xe máy. Phôi ban đầu được đưa vào máy búa thủy lực HBHLL-12 với áp lực mạnh để biến dạng kim loại theo hình dạng khuôn. Mô phỏng số sử dụng phần mềm Deform 3D giúp dự báo hành vi kim loại, phân bố ứng suất và nhiệt độ trong quá trình dập. Điều này cho phép kỹ sư tối ưu hóa thiết kế khuôn trước khi sản xuất, giảm thời gian thử nghiệm. Các biểu đồ từ mô phỏng cho thấy hướng chảy kim loại, mức độ biến dạng và vị trí có thể xảy ra khuyết tật. Máy phun bi ATW-3 sau đó làm sạch bề mặt sản phẩm, loại bỏ các vết oxy hóa.

2.1. Thiết kế khuôn dập

Khuôn dập gồm lòng khuôn trên và lòng khuôn dưới, được thiết kế với kích thước chính xác. Rầnh thoát biển được tính toán để kim loại chảy đều, tránh tạo sai lệch. Vị trí rãnh cắt vành biển quyết định việc loại bỏ phần dư thừa. Các chi tiết khuôn phải có độ cứng cao, chịu được lực dập lặp lại hàng triệu lần.

2.2. Tham số dập và kiểm soát chất lượng

Các tham số dập bao gồm lực dập, nhiệt độ, tốc độ và số lần dập. Mô phỏng Deform tính toán lực công nghệ cần thiết dựa trên vật liệu và thiết kế. Sau dập, sản phẩm được kiểm tra bề ngoài để phát hiện khuyết tật. Kiểm tra từ trường đánh giá tình trạng bên trong.

III. Gia công tinh chỉnh trên máy tiện CNC

Sau dập tạo hình, bán trục khuỷu được đưa đến máy tiện CNC HI-ECO 10 để hoàn thiện chi tiết. Máy tiện CNC này được trang bị bảng điều khiển hiện đại với nhiều chức năng điều khiển trục chính, chuyển động đài gá dao và các trục tọa độ. Lập trình gia công được thực hiện bằng mã lệnh CNC để xác định đường đi của cắt dao, tốc độ quay và tốc độ tiến dao. Hệ thống điều khiển tuyến tính và phi tuyến đảm bảo chuyển động mịn mà và chính xác. Các phím chức năng cho phép lựa chọn chế độ gia công khác nhau như mạnh hoặc tinh. Sơ đồ khối chương trình điều khiển hỗ trợ xoay đài gá dao, di chuyển trục tọa độ theo các hướng khác nhau, đạt độ chính xác cao nhất.

3.1. Thông số kỹ thuật máy tiện CNC HI ECO 10

Máy tiện CNC HI-ECO 10 có khả năng gia công chi tiết với độ chính xác ±0.01mm. Trục chính quay với tốc độ tối đa 3000 vòng/phút. Bảng điều khiển cấp vùng điều khiển cho tốc độ, chiều quay, chế độ gia công thô và tinh. Hệ tọa độ XYZ cho phép định vị chính xác.

3.2. Lập trình và thực hiện chương trình gia công

Lập trình gia công xác định bản vẽ gia công chi tiết từng bước. Các chức năng dịch chuyển điều khiển các trục tọa độ theo tọa độ tuyệt đối hoặc tương đối. Các chức năng hỗ trợ bao gồm kiểm tra xung đột, mô phỏng chương trình. Sơ đồ khối biểu diễn logic điều khiển để máy hoạt động liên tục mà không cần can thiệp.

IV. Tối ưu hóa và kiểm soát chất lượng sản phẩm

Tối ưu hóa công nghệ chế tạo trục khuỷu bao gồm cải thiện từng bước của quy trình từ dập tạo hình đến gia công tinh chỉnh. Mô phỏng số bằng Deform 3D giúp xác định các điểm yếu trong thiết kế khuôn, từ đó cải tiến để giảm khuyết tật. Kiểm soát chất lượng thực hiện ở nhiều giai đoạn: kiểm tra kích thước theo bản vẽ chi tiết, kiểm tra bề mặt để phát hiện vết nứt hay dập, kiểm tra từ trường đánh giá khuyết tật bên trong. Hình ảnh thớ kim loại sau dập cho biết cấu trúc vi mô, khả năng chịu tải. Sử dụng máy phun bi ATW-3 làm sạch và máy chuyên dùng khôa mặt khoen tân cho bước hoàn thiện cuối cùng. Các biện pháp này đảm bảo mỗi trục khuỷu sản xuất đều đạt tiêu chuẩn ISO, sẵn sàng sử dụng trong động cơ xe máy.

4.1. Mô phỏng số và tối ưu hóa quy trình

Deform 3D mô phỏng quá trình dập để tính toán lực công nghệ, nhiệt độ, và phân bố ứng suất. Kết quả giúp dự báo khuyết tật trước sản xuất. Biểu đồ thối mào cho thấy hướng chảy kim loại. Mô phỏng số giảm thời gian thử nghiệm thực tế, tiết kiệm chi phí khuôn.

4.2. Kiểm tra và đánh giá sản phẩm cuối cùng

Kiểm tra chi tiết bao gồm đo kích thước với máy đo tọa độ CNC, kiểm tra bề mặt qua kinh hiển vi, kiểm tra từ trường tìm khuyết tật bên trong. Hình ảnh thớ kim loại qua kính hiển vi đánh giá cấu trúc, độ bền vật liệu sau gia công.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CONG NGHE DAP KHOT G TRANG THAI NONG 1. Nhiny by thuyét bién dạng déo co ban LLL Cae dinh luat co ban 1. Dịnh luật trở lực biễn dạng nhỏ nhất Khi gia công áp lực, kim loại chấy theo hướng trở lực nhỏ nhất, hay nói cách kháe, kim loại khi bị biến dạng, hưởng nào ít ma sát hơn, chúng cháy theo hướng đỏ nhiêu hơn, hưởng mảo có íLrna sắt có nghĩa là trở lực trên bề xuất íL hơn. Định luật trở lực biển dạng nhỏ nhất cho biết plưương hướng biển dang va dịch chuyên của các chất điểm khi có tác dụng của ngoại lục.

Ta có thể thây rõ điều này khi đập trong khuôn hế, ở giai đoạn đầu sau khi tiếp xúe với các thánh lòng khuôn, kun loại sẽ cháy ra khỏi lòng khuôn đi vào khe hớ giữa nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới. Nửa khuôn trên tiếp tục đi xuống thi chiều dày khe tổ sẽ cảng giâm, do vậy trở lực ö đây sẽ cảng tăng. KÌú rỡ lực ở khe hở lớn hơn trở lực ở trong lòng khuôn thì làng khuôn sẽ được điền đây. Sau đỏ kim loại thừa đưới tác dụng của áp lực lớn sẽ chảy nót ra khe hở tạo thành bavia.

Khư vậy, muến biết kim loại chảy di đâu khi biển dạng thì 1s phải biết dược phương có trở lực nhỏ rhhất Hình 1. Điển dây khuôn khi dập thể tích trong khuôn hở Khi chén gitta hai de phẳng song song, néu tiết điện phôi là trỏn, sau biển dang chẳn ta được tiết diện cũng tròn. Nhưng nếu tiết diện phôi hình vuäng, đo chiều đài tiếp xúc và biển đạng của cáo điểm theo các phương khác nhau là khác nhau, theo hướng trục ngắn hơn theo đường chéo. Nèn khi chỗn, ở các cạnh kim loại chấy ra nhiêu hơn, dan đân tiết điện phôi trổ rên tròn.

Nếu tiết điện Tình chữ nhật ta cũng thấy il DANH MUC CAC HÌNH VẼ - ĐÔ THỊ TRnh 1. Diễn đây khuôn khi dập thê tích trong khuôn hở Hình 1. Kim loai chay theo phương của đường vuông góc ngắn nhất với đường viền của tiết điện Hình 1. Tiêu chuẩn chảy đẻo Von Mises Hình 1.

chay déo Von Mises trong không gian ứng suất chính Hình 1.Tiêu chuẩn chy déo Tresca trong mat phing ø;=0 Hình 1.Các tiêu chuẩn chảy trên mặt phẳng lệch # TRnh 1. Các bẻ mặt chảy déo không gian ứng suất chính. Mat sds ân phẩm cửa công nghệ đập khối Hình 1. Gia công bằng phương pháp rèn và đập nóng, Hình 1.5ơ đỗ nguyên lý rèn trong khuôn hở Hình 1.

Một số sản phẩm từ rèn khuôn hở Hình 1.8ơ đỏ nguyên lý rên trong khuôn khi Tĩnh 1. Một số sản phẩm từ rèn khuốn kin Hình 1. Khỏi khuôn một lòng khuôn (a), khói khuôn có nhiều lòng khuôn (b) linh 1. Một số loại máy búa điển hinh Hình 1.

Một số loại máy ép cơ khi điển hình Hình 1. Biểu tị cáo ngoại lực tác dụng lên hạt thép.18,Bién dang khi chón thải thép từ cao 100 mm xuống 66 mm vá 5] ram. Kích thước thôi kim loại lam đầu (ä) và sau khi chốn (b) Hình 1. Kich thước thỏi khu loại ban dầu (a) vả sau khi vuốt (b) Hình 1.

Sự phụ thuộc của kích thước hạt thép vàa độ biển dạng của thép 40 Hình 1.Khoảng nhiệt độ rên Hình 2.Bộ trục khuýu động cơ xe máy Hình 2.Chỉ Hết phôi bán trục khuyu déng cơ xe may Hinh 2.Day chuyên chế tạo phối bản trục khuỹu xe máy. hiện tượng tương tự. Do ma sat trén các đường chéo va truc dai lon, nên ban dau hình thành hình ôvan, sau mới thành hình tròn Hình 1. Kim loại chảy theo phương cúa đường vuông góc ngắn nhất với đường viễn của tiết điện.

Từ hiện tượng có tỉnh quy luật này, người ta rút ra nguyên tắc chu vi bé nhất tiết diện của và bắt kỳ khi chỗn ở trạng thái đéo, ma sát tiếp xúc cũng tiến tới hình dang mà với diện tích đã cho, có chủ vỉ bé nhật, tức 14 tiền tới vòng trồn. Vì thể trong nhiều trường hợp, khi dập vật rén tròn ở mặt phân khuôn, người ta dùng phôi cỏ tiết diện vuông hoặc hình chữ nhật 2. Định luật thế tích không đỗi Thẻ tích của phân khối có thể tính theo công thức: Trước biển dạng: Vạ= d„dyd, Sau biéu dang: Vo (d.4d,)( d+Ad,) ~ Vạq +øj(1 + s0 + e2) Ay V—Vạ# Vgx+ 87+ sự) Hiển dạng thể tích tương di: Ú= Ay/V = 6, + 6+ 8, = E+ 6) + £9 = 385 Trong đỏ: cạ là biển dạng dải tương dối trung bình. lrơng quả trình biến dang nóng, thê tích kim loại bị giảm đi một it do bị nén chặt và đây các bọt khi thoát khỏi những vùng rỗng ở giữa các tỉnh thể.

Nhưng sự thay đổi đó rất nhỏ bé, vì vậy ta có thd coi he ich vật thể trước khi biến dạng và sau khi biến đạng bằng nhau a lay yO 12 LỜI MỞ ĐÂU Công nghệ đập khối ở trạng thái nóng là một công nghệ rất quan trọng, nó cho phép la tạo phôi các chủ tiết với lượng dự gia công rất ít, tiết kiệm kim loại, năng lượng, déng thời cải thiện thở và cấu trúc kim loại từ đỏ nâng cao dược độ bền của chỉ tiết so với phôi đúc. Ngoài ra, gia công áp lực còn cho năng suất lao động cao, giá thành hạ. Gia công áp lựu là một công nghệ thường sử dụng cho sẵn xuất hàng loạt Ren va dap nóng là một phương pháp gia cống trong công nghệ loại được sưng đến nhiệt độ tối đa cho phép, rồi rên hoặc đập đến nhiệt độ Lối tiểu cho phép để được phỏi hoặc chỉ tiết có hình dạng và kích thước cần thiết Thông thưởng các chỉ tiết được chế tạo bằng phương pháp rén vả đập nông được sử đụng vào những vị trí chịu va đập mạnh, chịu mỗi, chịu ứng suất cao. Trong giai đoạn hiện nay, phát triển công nghiệp phụ trợ là một trong những, chính sách hang dau của Chính phủ Việt Nam, với sức háp dẫn lớn của thí trường.

Việt Nam, đã có nhiều công Ly sân xuất xe máy lớn tên thế giới đến đầu tr vào Việt Nam: De tính kinh tế nên các công ty này đã đặt hàng nhiều chỉ tiết, phụ từng sản xuất tại các công ty, xi nghiệp nước ta. Trong các chỉ tiết đó có chỉ tiết bán trục khượu động cơ xe may, chi Gét nay dược sản xuất trên một đây chuyển hiện đại. Việc tiếp cân công rghê mới là một điều hết sức cần thiết, nó giúp tối có thêm nhiều kinh nghiệm trong thực tế, cũng rửnz cũng có thêm các kiến thức mà tôi đã tu hiểu Vì vậy tôi đã lựa chọn để tài “Nghiên cứu các thông số công nghệ khi chế tạo trục khuyu xe máy trên dây chuyên sản xuất tự động”. Cụ thể, xây đựng phương án công nghệ hợp lý đề chế tạo phôi bản trục khuỷu xe máy, tính toán các thông số công nghệ trong từng quy trình gia công, thiết kế khuôn, rô phóng số quả trinh dập để kiểm tra kết quả đã tính toán, đẳng thoi tìm hiểu quá trình gia sảng tỉnh bán trục khuýu trên máy tiện CNC.Man hình trên bảng điều khiển máy tiện HI-BCO 10 Tĩnh 4.Các phím chức năng Tình 4.Núm lựa chọn chế độ điều khiến Hình 4.7-Nút gạt chức năng diều kiện thực hiện chương trinh.

Vung diéu khién téc dé va ¢ éu quay trục chính bằng tay Tình 4.Vùng điều khiển lắc độ va chié quay bàn đạo bằng lay Hình 4.Vúng lựa chọn chiều di chuyển của các trục tọa độ Hình 4.Phím bấm đề xoay đài gá dao Hình 4.Các phim chuyển chế độ gia công, Hinh 4.Các trục tọa độ trên máy tiện CNỮ Hình 4.Các trục tọa độ khi đao gátrtớc tâm quay Hình 4.15, Cáo trục tọa độ khi dao gảsau tả quay Tĩnh 4.Sơ đồ khôi điều khiển tuyên tính TRnh 4.Sơ đồ khối điều khiển phi tuyến Hình 4.50 đô khôi chương trinh Hình 4.20, Bân vẽ gia công bản trục khuju CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CONG NGHE DAP KHOT G TRANG THAI NONG 1. Nhiny by thuyét bién dạng déo co ban LLL Cae dinh luat co ban 1. Dịnh luật trở lực biễn dạng nhỏ nhất Khi gia công áp lực, kim loại chấy theo hướng trở lực nhỏ nhất, hay nói cách kháe, kim loại khi bị biến dạng, hưởng nào ít ma sát hơn, chúng cháy theo hướng đỏ nhiêu hơn, hưởng mảo có íLrna sắt có nghĩa là trở lực trên bề xuất íL hơn. Định luật trở lực biển dạng nhỏ nhất cho biết plưương hướng biển dang va dịch chuyên của các chất điểm khi có tác dụng của ngoại lục.

Ta có thể thây rõ điều này khi đập trong khuôn hế, ở giai đoạn đầu sau khi tiếp xúe với các thánh lòng khuôn, kun loại sẽ cháy ra khỏi lòng khuôn đi vào khe hớ giữa nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới. Nửa khuôn trên tiếp tục đi xuống thi chiều dày khe tổ sẽ cảng giâm, do vậy trở lực ö đây sẽ cảng tăng. KÌú rỡ lực ở khe hở lớn hơn trở lực ở trong lòng khuôn thì làng khuôn sẽ được điền đây. Sau đỏ kim loại thừa đưới tác dụng của áp lực lớn sẽ chảy nót ra khe hở tạo thành bavia.

Khư vậy, muến biết kim loại chảy di đâu khi biển dạng thì 1s phải biết dược phương có trở lực nhỏ rhhất Hình 1. Điển dây khuôn khi dập thể tích trong khuôn hở Khi chén gitta hai de phẳng song song, néu tiết điện phôi là trỏn, sau biển dang chẳn ta được tiết diện cũng tròn. Nhưng nếu tiết diện phôi hình vuäng, đo chiều đài tiếp xúc và biển đạng của cáo điểm theo các phương khác nhau là khác nhau, theo hướng trục ngắn hơn theo đường chéo. Nèn khi chỗn, ở các cạnh kim loại chấy ra nhiêu hơn, dan đân tiết điện phôi trổ rên tròn.

Nếu tiết điện Tình chữ nhật ta cũng thấy il DANH MUC CAC HÌNH VẼ - ĐÔ THỊ TRnh 1. Diễn đây khuôn khi dập thê tích trong khuôn hở Hình 1. Kim loai chay theo phương của đường vuông góc ngắn nhất với đường viền của tiết điện Hình 1. Tiêu chuẩn chảy đẻo Von Mises Hình 1.

chay déo Von Mises trong không gian ứng suất chính Hình 1.Tiêu chuẩn chy déo Tresca trong mat phing ø;=0 Hình 1.Các tiêu chuẩn chảy trên mặt phẳng lệch # TRnh 1. Các bẻ mặt chảy déo không gian ứng suất chính. Mat sds ân phẩm cửa công nghệ đập khối Hình 1. Gia công bằng phương pháp rèn và đập nóng, Hình 1.5ơ đỗ nguyên lý rèn trong khuôn hở Hình 1.

Một số sản phẩm từ rèn khuôn hở Hình 1.8ơ đỏ nguyên lý rên trong khuôn khi Tĩnh 1. Một số sản phẩm từ rèn khuốn kin Hình 1. Khỏi khuôn một lòng khuôn (a), khói khuôn có nhiều lòng khuôn (b) linh 1. Một số loại máy búa điển hinh Hình 1.